城市屋頂開放空間的綜合利用

(鹽城師范學院城市與資源環(huán)境學院，江蘇 鹽城224002）

隨著經濟社會的發(fā)展，人們對城市環(huán)境質量和品質的要求日益提高，城市發(fā)展逐步進入注重發(fā)展質量的新時期。在我國許多城市，從20世紀90年代起，涌現出 “綠色城市”、“城市花園”、“城市廣場”、“步行街”等城市開放空間的建設熱潮[1-2]。城市開放空間在眾多國內外建筑師、規(guī)劃師和地理學家提出的城市規(guī)劃概念中均扮演著重要角色，當前規(guī)劃界興起的 “可持續(xù)城市”和 “生態(tài)城市”的發(fā)展新模式又賦予城市開放空間新的內涵和發(fā)展動力[3-4]。而傳統(tǒng)城市規(guī)劃的內容是對非開放空間的空間組織管理，傳統(tǒng)城市地理學的研究重點主要是以城市建筑實體為對象的城市空間組織[5]。在此背景下，如何保護和再利用有限的城市開放空間，實現社會經濟、環(huán)境和空間發(fā)展的有機結合，使城市健康發(fā)展，是值得大家思考的問題，應當受到足夠的重視。

1 城市開放空間的概念及系統(tǒng)構成

1．1 城市開放空間的概念

現代意義上的城市開放空間大約出現于1877年，即在英國倫敦制定的 《大都市開放空間法》中。在1906年修編的 《開放空間法》將開放空間定義為：任何圍合或是不圍合的用地，其中沒有建筑物，或者少于1／20的用地有建筑物，剩余用地用作公園或娛樂，或者是堆放廢棄物，或是不被利用[6]。這是開放空間的最早定義，也是適應當時人們生活及城市管理而產生的。

由于時代的不同和研究要求的不同，不同國家或學者對城市開放空間的概念界定也有不同。如，1906年英國修編的開放空間法(open space act）對開放空間強調的是有休閑功能的庭院空間[7]，美國1961年房屋法對開放空間(open space）的規(guī)定強調的是具有自然特征的環(huán)境空間，日本學者高原榮重認為開放空間是由公共綠地和私有綠地組成，強調的是城市的綠色空間[8]。在我國，部分學者認為，開放空間是指城市公共外部空間，包括自然風景、道路、廣場、休憩空間和公共綠地等[9]；也有學者認為，開放空間一方面指較少封閉、比較開闊和空間限定要素較少的空間，另一方面指向大眾開放的為多數民眾提供服務的空間，不僅指綠地園林這些園林景觀，而且城市的廣場、街道、巷弄、庭院等要素也都在其范圍內[6]。上述的種種對開放空間的定義，有些相似，有些有較大的差距，因為不同研究方向和立法角度不同，在所難免。但是，綜合國外對城市開放空間100多年來的理論研究和實踐，以及我國城市發(fā)展的現狀，城市開放空間在目前應當有更深層次的內涵。這里的城市開放空間是指在一定的城市區(qū)域范圍內，為人們提供公共活動的自然或人為的外部開放空間系統(tǒng)。

1．2 城市開放系統(tǒng)的構成

城市開放空間系統(tǒng)有水平系統(tǒng)和垂直系統(tǒng)2大支撐平臺構成，水平支撐平臺下，有綠色開放空間和灰色開放空間2大支撐體系，綠色開放空間體系包括綠地、園林和水體3要素；灰色開放空間體系包括對外交通空間、對內交通空間、廣場和未綠化的空閑空地4要素。垂直支撐平臺下，也有2大支撐體系，分別是地上和地下支撐體系，地下體系主要有停車場、商場、通勤道路和倉儲4要素組成，地上主要指建筑屋頂的開放空間要素。

2 城市屋頂開放空間的綜合利用

建筑屋頂空間是指在建筑上部由建筑外屋頂面和垂直護墻圍合起來的建筑外部開放空間，是城市開放空間系統(tǒng)的支撐體系的要素之一。我國各地建造的房屋多是平屋頂，許多房屋沒有上屋頂的樓梯，大多是薄板的平屋面，以往許多年來，這些屋頂除遮陽擋雨外，再無用處，頂層的住戶常受夏熱冬寒之苦，在城市視覺上也覺得單調、呆板。因此，屋頂不能有效發(fā)揮其使用功能，成了一種閑置資產，既不利于合理開發(fā)和利用，也造成了巨大的浪費。

2．1 光伏發(fā)電

光伏發(fā)電是利用半導體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變?yōu)殡娔艿囊环N技術。1839年，法國科學家貝克雷爾(Becqurel）發(fā)現，光照能使半導體材料的不同部位之間產生電位差。這種現象后來被稱為 “光生伏打效應”，簡稱 “光伏效應”。1954年，美國科學家恰賓和皮爾松在美國貝爾實驗室首次制成了實用的單晶硅太陽電池，誕生了將太陽光能轉換為電能的實用光伏發(fā)電技術。

太陽能并網屋頂光伏發(fā)電系統(tǒng)具有許多優(yōu)點，如安全可靠、無噪音、無污染；能量隨處可得，無需消耗燃料；無機械轉動部件，維護簡便，使用壽命長；建設周期短，規(guī)模大小隨意；可以無人值守，也無需架設輸電線路，還可方便與建筑物相結合等；尤其是方便與建筑物相結合是常規(guī)發(fā)電和其他發(fā)電方式所不及的，也是建筑屋頂開放空間利用方式之一。在國外一些發(fā)達國家在20世紀90年代初就開始這方面的應用研究，如德國在1990年在世界上率先推出 “1000屋頂計劃”，美國于1997年6月開始實施“百萬太陽能屋頂計劃”，日本在1994年開始實施 “朝日七年計劃”以及還有歐盟的100萬套屋頂太陽能光伏并網發(fā)電系統(tǒng)計劃框架。預計到2010年，以上國家和地區(qū)用于房頂發(fā)電系統(tǒng)的太陽電池超過12000MW，約相當于1200萬千瓦常規(guī)發(fā)電站，無論是環(huán)保效益、經濟效益都極具規(guī)模[6]。

光伏發(fā)電將在中國未來的電力供應中扮演重要的角色，預計到2010年中國的光伏發(fā)電累計裝機容量將達到600MW，2020年累計裝機將達到30GW，2050年將達到100GW。根據電力科學院的預測，到2050年中國可再生能源發(fā)電將占到全國總電力裝機的25%，其中光伏發(fā)電占到5%。但在建筑屋頂的開放空間上的到現在幾乎還是空白，目前只有上海市在做這方面的論證研究。

2．2 屋頂綠化

屋頂綠化或屋頂花園起源于公元前2000年左右的古代幼發(fā)拉底河地區(qū)(即現在的伊拉克），古代蘇美爾人建造的最古老名城之一Ur城的亞敘古廟塔，或稱 “大廟塔”，是屋頂綠化的發(fā)源地?？脊虐l(fā)現該塔三層平臺上有種植過大樹的痕跡[10]。

屋頂綠化，就是指在建筑物屋頂平面種植植物，以擴大城市綠色面積和空間，是改善城市生態(tài)環(huán)境的重要途徑之一。這種綠化方式在北美各國及新西蘭、澳大利亞等國家普遍流行，歐洲一些國家也很熱衷。亞洲地區(qū)的新加坡、日本等國更是將屋頂綠化作為建筑設計中不可或缺的一部分。我國起步較晚，僅從20世紀80年代初才開始嘗試屋頂綠化，但隨著現代城市經濟的發(fā)展和房地產行業(yè)的進步，屋頂綠化也正在逐步快速發(fā)展。屋頂綠化之所以能夠被各國所接受，無疑是有著充分的合理性以及重要意義。

2．2．1 屋頂綠化的文化意義

不同風格類型的屋頂綠化成功的事例，體現出了現代科技和材料的發(fā)展和繁華的建筑創(chuàng)作所帶給人民的生活方式的革命性的改變。屋頂綠化是在建筑屋頂場所中綜合體現了園林藝術、建筑藝術，它是屋頂文化的發(fā)展和延續(xù)，是屋頂居住文化的再創(chuàng)新[6]。

2．2．2 屋頂綠化的生態(tài)效應

首先，屋頂綠化是政府增加城市綠化面積和人均綠化率的主要方法途徑。其次，屋頂綠色植物通過光合作用吸收空氣中的CO2和CO，放出大量氧氣，改善和凈化空氣的功能，它是環(huán)境中CO2和CO的調節(jié)劑。第三，是蓄積吸收雨水。屋面雨水由于受污染不大，水質較好，稍加處理甚至不需處理即可用于一般城市用水，如沖洗廁所、澆灌綠地或用作水景；此外，對雨水的緩沖和截流功能會減少城市中由屋頂收集排放的雨水量，減輕城市排水系統(tǒng)的工作壓力，進而可以減少市政設施的投資。第四，就是綠光波的保健功能，資料證明，照射到植物上面的陽光有20%～25%被葉面反射，林中及草坪上的綠光波能夠保護人的眼睛，減少刺激。第五，是屋頂綠化能調節(jié) “小氣候”，降低城市 “熱島強度”，當外界溫度大約在30℃時，沒有綠化的屋頂面可以達到40～50℃，而有屋頂綠化的的屋頂基層10cm的溫度則為的20℃[9]。第六，是降低城市噪音污染，實施屋頂綠化后的屋頂與沙礫屋頂相比，可降低噪聲2～3dB。屋頂土層在12cm厚時隔音大約為40dB，土層厚度在20cm時隔音大概為46dB；最后生物相恢復效果也很明顯。

2．2．3 屋頂綠化的經濟效應

首先，屋頂綠化能保護屋頂建筑構造層。外界溫度的變化會引起屋頂構造的膨脹和收縮，會使屋頂產生裂縫，從而導致雨水下滲。而屋頂綠色植物有效阻擋了陽光、紫外線對屋頂面的直射和輻射及雨水的直接接觸，加上對夏天和冬天的極端溫度調節(jié)，防止了建筑結構的大幅度熱脹冷縮現象，在一定程度上保護了建筑資源和建筑安全，因此說屋頂綠化可以保護建筑物，并且可以延長其使用壽命。其次，屋頂綠化能節(jié)約能源。屋頂綠化可使建筑物周圍環(huán)境溫度下降0．52～1℃[11]。據有關資料表明，盛夏時屋頂綠化能使室內溫度下降2～4℃，可使空調用電量減少20%～40%。有研究表明，綠色屋頂至少可以減少5%～15%的夏季用電量，大面積屋頂綠化，可緩解夏季城市的電能緊張的局面。第三，屋頂綠化是緩解城市土地緊張矛盾的重要途徑之一。屋頂花園由于合理的利用了閑置的屋頂空間，為城市中高密度聚居區(qū)居民提供了戶外交往活動的空間；它拓展了城市土地的傳統(tǒng)的平面利用，提高了城市土地資源的利用率，是緩解城市土地供給緊張矛盾的重要途徑[8]。此外，屋頂綠化提高了建筑的檔次和品質，促進了房地產的銷售，也促進科學技術及材料、設備方面的發(fā)展。

2．3 其他用途

屋頂開放空間的其他用途，沒有以上兩種應用的廣泛，有的只是在個別建筑單體屋頂有所采用，如屋頂網球場、直升機停機坪等，屋頂網球場一般多為商業(yè)建筑頂層采用較多，如會館、酒店等，其他一些公共建筑的屋頂也有，但不多見；而直升機停機坪在國內更為少見，在特大城市的特殊功能建筑和一些高層建筑的屋頂可能設計有，如指揮中心、大型消防站等。隨著我國經濟建設和城市建設的飛速發(fā)展，大中城市的超高層建筑不斷增多，其中設置屋頂直升機停機坪的建筑也愈來愈多，由于 《高層民用建筑設計防火規(guī)范》的出臺，這些高層屋頂也有直升機的停機坪。

3 結語

城市屋頂開放空間的利用能提高土地資源利用率，充分利用曾被建筑師們忽視的建筑外部空間，改善城市中高密度聚居區(qū)居民戶外活動環(huán)境。通過在高密度聚居區(qū)的跨街天橋，將進一步完善城市立體開放空間系統(tǒng)開發(fā)利用。目前，我國正處于城市化高速發(fā)展階段，急劇增加的城市建設活動與城市緊張的土地供給問題及嚴峻的城市生態(tài)環(huán)境危機，給規(guī)劃師、建筑師與景觀設計師們帶來了機遇和挑戰(zhàn)。無論是城市中心的高層建筑屋頂及群樓的開放或半開放的屋頂花園，還是在別墅屋頂、露臺上供家庭成員休息的場所，都是一個具有吸引力和豐富內涵的戶外活動環(huán)境。設計師們應運用理論與藝術引導土地使用者與從業(yè)者運用新思維、新手段、新技術、新材料去創(chuàng)造城市、實現夢想。

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